CN103532603A - 天线设备以及用于控制天线阵列的方法 - Google Patents

天线设备以及用于控制天线阵列的方法 Download PDF

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CN103532603A CN201310218363.8A CN201310218363A CN103532603A CN 103532603 A CN103532603 A CN 103532603A CN 201310218363 A CN201310218363 A CN 201310218363A CN 103532603 A CN103532603 A CN 103532603A
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Abstract

一种天线设备以及用于控制天线阵列的方法。所述方法包含以下步骤。提供多个可选天线配置以进行定向服务。根据服务准则为所述天线阵列的天线元件选择所述天线配置中的一个天线配置。所述天线设备包含天线阵列、控制器以及切换单元。所述天线阵列包含多个天线元件。所述控制器适于基于根据服务准则为天线元件选择多个天线配置中的一个天线配置以提供定向服务来生成控制信号。所述切换单元适于根据所述控制信号来配置所述天线元件中的每一个。

Description

天线设备以及用于控制天线阵列的方法
技术领域
本公开涉及一种天线设备以及一种用于控制天线阵列的方法。
背景技术
一般来说，全向天线（omni-directional antenna）安装在基站中作为发射天线。然而，不同用户设备（user equipment；UE）之间的干扰减少了总体小型区域吞吐量，因此干扰的减少是需要的。。智能天线的开发及其控制机制可以基于用于特定UE的天线阵列来有效地减少干扰的影响。同时，智能天线还可以改善发射讯号品质并且增加UE的数据速率（data rate）。典型的智能天线包含多个天线元件，这些天线元件可以是全向或定向的天线。定向天线的辐射场型（radiation pattern）也是决定发射的覆盖范围大小以及增益好坏的考虑因素。因此，如何设计天线阵列的控制机制以选择最佳天线配置是目前热门的研究主题。
发明内容
本公开提供了一种天线设备以及一种用于控制通信装置的天线阵列的方法。所述方法包含以下步骤。提供多个可选天线配置以进行定向服务。根据服务准则为所述天线阵列的天线元件选择所述天线配置中的一个天线配置。
所述天线设备包含天线阵列、控制器以及切换单元。所述天线阵列包含多个天线元件。所述控制器适于基于根据服务准则为天线元件选择多个天线配置中的一个天线配置以提供定向服务来生成控制信号。所述切换单元适于根据所述控制信号来配置所述天线元件中的每一个。
总而言之，根据本公开的实施例，提供一种天线设备以及一种用于控制通信装置的天线阵列的方法。所述天线设备以及天线控制方法通过分析反馈测量结果而独立于接收器设计来操作。在所述天线设备以及天线控制方法中考虑不同的服务准则以建立被服务UE或区域的数据库。因此，改善了小型区域的总体性能。
下文描述伴随图式的若干示范性实施例以进一步详细地描述本公开。
附图说明
图1是根据本公开的示范性实施例的天线设备的功能框图。
图2A是根据本公开的示范性实施例的图1中所描绘的数据库的示意图。
图2B是根据本公开的示范性实施例的具有图1中所描绘的天线设备的基站的示意图。
图3是根据本公开的示范性实施例的天线设备的功能框图。
图4A是根据本公开的示范性实施例的图3中所描绘的数据库的示意图。
图4B是根据本公开的示范性实施例的具有图3中所描绘的天线设备的基站的示意图。
图5是根据本公开的示范性实施例的天线设备的功能框图。
图6A是根据本公开的示范性实施例的图5中所描绘的数据库的示意图。
图6B是根据本公开的示范性实施例的具有图5中所描绘的天线设备的基站的示意图。
图7是根据本公开的示范性实施例的用于控制通信装置的天线阵列的方法的流程图。
图8是根据本公开的示范性实施例的图7中所描绘的选择步骤的流程图。
图9是根据本公开的示范性实施例的图7中所描绘的选择步骤的流程图。
图10是根据本公开的示范性实施例的图7中所描绘的选择步骤的流程图。
具体实施方式
图1是根据本公开的示范性实施例的天线设备的功能框图。参考图1，天线设备100包含控制器110、切换单元160以及天线阵列170。天线阵列170包含多个天线元件。控制器110适于基于根据服务准则为天线元件选择多个天线配置中的一个天线配置以提供定向服务来生成控制信号。切换单元160适于根据所述控制信号来配置所述天线元件中的每一个。在一些实施例中，控制器110包含收发单元120以及处理器130。
收发单元120可被配置成在具有多个用户设备（UE）190-1到190-N的通信系统以及具有天线设备100的通信装置（例如基站）中生成以及接收无线信号（例如射频或RF）。收发单元120还可以从路由器（未绘出）接收数据。此外，收发单元120可以执行模拟信号转换（analog-to-digital signalconversion；ADC）、数字信号转换（digital-to-analog signal conversion；DAC）、调制、解调、信号放大、低通滤波以及带通滤波。此外，除了在基站的设备中拥有天线设备100，天线设备100也可以安装在数字电视（television；TV）、数字机顶盒、个人计算机（personal computer；PC）、笔记本计算机、平板计算机、上网本、移动电话、智能移动电话、水表、煤气表、电度表、报警器、传感器或监视器中。
在一些实施例中，由天线阵列170经由无线链路180接收到的信号可被收集到天线设备100的RF以及基带模块中，所述模块可包含介质访问控制（media access control；MAC）以及物理（PHY）层（未绘出）以对所接收信号中所含的信息进行解调。反馈参数，例如ACK/NACK以及接收信号强度指标（received signal strength indication；RSSI），可输入到处理器130的测量模块140中。此外，区块错误率（block error rate；BLER）以及吞吐量（即，成功递送率）也可充当测量模块140的输入，但是本公开不限于此。处理器130基于本公开中稍后进一步描述的不同服务准则以及反馈参数来建立天线配置的数据库150。数据库150可以存储在处理器130的存储器（未绘出）中，用以存储天线配置的等级。对于每次发射，处理器130都选择最佳天线配置作为具有天线设备100所服务小型区域的发射天线配置。
根据示范性实施例，控制器110生成控制信号是基于根据UE优先级服务准则为天线阵列170的天线元件选择一个天线配置以提供定向服务。因此，处理器130可以执行天线控制算法，所述算法包含：对UE190-1到190-N排列优先级、以所述天线配置探测特定优先级UE（可能是较高或较低优先级）、根据由测量模块140提供的反馈参数（例如，RSSI、BLER以及吞吐量）针对特定优先级UE对天线配置排列等级。再根据排列等级选择所述天线配置中的一个天线配置来向特定优先级UE提供定向服务，以及针对特定优先级UE更新天线配置的等级并且根据反馈参数所更新的排列等级重新选择天线配置。请注意，UE190-1到190-N的优先级排列可以在数据库150中预先人工设定，并且所述优先级排列可以透过UE注册时的标识码（例如，MAC地址）来对应其重要性。此外，处理器130可以通过对每个天线配置的反馈参数求平均并且接着列出等级来对特定优先级UE的天线配置排列等级，但是本公开不限于此类等级排列。另外，所述天线控制算法可以还包含高阶通信协议层（Layer2）无线电资源配置(Radio Resource Management,RRM)，以取决于在当前发射中是否配置了特定优先级UE以便调整当下天线配置。
图2A是根据本公开的示范性实施例的图1中所描绘的数据库150的示意图。参考图2A，在所示的UE优先级数据库中，水平轴线对性能指标排列等级、垂直轴线对天线配置排列等级，并且指向页面外的轴线对UE优先级排列等级。因此，在数据库150中为每个UE创建了一个表格，并且控制器110可以基于数据库150根据UE优先级服务准则来选择天线配置。
图2B是根据本公开的示范性实施例的具有图1中所描绘的天线设备的基站的示意图。参考图1和图2B，控制器110所选的定向天线方向图（directionalantenna pattern）230通过基站200提供给特定优先级（较高优先级）UE210。此外，根据由控制器110生成的控制信号，切换单元160为天线阵列170的其他天线元件指配全向天线配置240以向较低优先级UE220提供全向服务，并且具有全向天线配置240的天线元件与具有所选天线配置230的天线元件协作。例如，定向以及全向天线的功率分配可以在这两类天线配置之间均分。
图3是根据本公开的示范性实施例的天线设备的功能框图。图3中所示的天线设备300与图1中所描绘的天线设备100之间的差异在于用于天线配置选择的服务准则。根据示范性实施例，控制器310生成控制信号是基于根据位置服务准则为天线阵列370的天线元件选择一个天线配置以提供定向服务。因此，处理器330可以执行天线控制算法，所述算法包含：以每一个天线配置探测多个UE、对所述天线配置中的每一个的反馈参数（例如，RSSI、BLER以及吞吐量）求平均、根据平均反馈参数对所述天线配置排列等级并且选择所述天线配置中的一个天线配置、预测所选天线配置的服务位置390-1到390-N、使用所选天线配置为所预测的服务位置提供定向服务，以及更新天线配置的等级并且根据平均反馈参数所更新的排列等级重新选择天线配置。小型区域的服务位置在需要时也可以通过经更新的平均反馈参数来调整。处理器330所执行的天线控制算法可以预测如由高RSSI、低BLER或高小型区域吞吐量所定义的最佳服务位置。换句话说，所述天线控制算法可以预测UE频繁出现在的服务位置。不过，本公开不限于此，并且由处理器330执行的天线控制算法还可以预测如由低RSSI、高BLER或低小区吞吐量所定义的服务位置。
图4A是根据本公开的示范性实施例的图3中所描绘的数据库350的示意图。参考图4A，在所示的位置数据库中，水平轴线对性能指标排列等级，并且指向页面外的轴线对天线配置排列等级。因此，在数据库350中为每个位置创建了一个表格，并且控制器310可以基于数据库350根据位置服务准则来选择天线配置。
图4B是根据本公开的示范性实施例的具有图3中所描绘的天线设备的基站的示意图。参考图3以及图4B，控制器310在定向天线方向图450到480中选择的一个定向天线方向图通过基站400提供给所预测服务位置410到440中的一个服务位置。此外，根据由控制器310生成的控制信号，切换单元360为天线阵列370的其他天线元件指配全向天线配置490以向没有被选到的位置提供全向服务。在图4B中所示的实例中，假定选择了定向天线方向图2（460），那么位置#1（410）可以是由控制器310预测的服务位置，并且其他位置420到440具备全向天线490。具有全向天线配置490的天线元件与具有所选天线配置460的天线元件协作。例如，定向以及全向天线的功率分配可以在这两类天线配置之间均分。
图5是根据本公开的示范性实施例的天线设备的功能框图。图5中所示的天线设备500与图1中所描绘的天线设备100之间的差异在于用于天线配置选择的服务准则。根据示范性实施例，控制器510生成控制信号是基于根据UE分组服务准则为天线阵列570的天线元件选择一个天线配置以提供定向服务。因此，处理器530可以执行天线控制算法，所述算法包含：以每一个天线配置探测多个用户、针对UE-1到UE-n中的每一个对所述天线配置中的每一个的反馈参数（例如，RSSI、BLER以及吞吐量）排列等级、根据反馈参数将所述UE分组为具有相同天线配置以及类似性能统计的用户群组（例如，用户群组590-1到590-N）、在同一个发射时隙中配置所述用户群组（例如，用户群组590-1）并且使用所述用户群组的对应天线配置以提供定向服务，以及针对UE-1到UE-n中的每一个更新天线配置的等级并且对所述UE重新分组。请注意，UE的重新分组可定期进行或者根据用户群组的反馈参数统计变化来进行。此外，取决于L2设计的灵活性，所选天线配置可以还包含L2无线电资源配置以对配置结果（例如用户群组的物理层参数）进行调整。
图6A是根据本公开的示范性实施例的图5中所描绘的数据库550的示意图。参考图6A，在所示的UE分组数据库中，水平轴线对性能指标排列等级、垂直轴线对天线配置排列等级，并且指向页面外的轴线描绘了UE群组。因此，在数据库550中为每个用户群组创建了一个表格，并且控制器510可以基于数据库550根据UE分组服务准则来选择天线配置。
图6B是根据本公开的示范性实施例的具有图5中所描绘的天线设备的基站的示意图。参考图5和图6B，在同一个发射时隙中使用由基站600提供的对应定向天线配置650到690来配置用户群组610到640中的每一个。此外，根据由控制器510生成的控制信号，切换单元560为天线阵列570的其他天线元件指配全向天线配置690以向不属于当前被配置的用户群组的UE提供全向服务。在图6B中所示的实例中，在同一个发射时隙中分别配置用户群组610到640中的每一个，并且向不属于在所述时隙期间被配置的用户群组的UE提供来自基站600的全向服务。具有全向天线配置690的天线元件与在发射时隙期间具有所选天线配置的天线元件协作。例如，定向以及全向天线的功率分配可以在这两类天线配置之间均分。
应了解，由图1、图3和图5中所描绘的处理器130、330和530执行的天线控制算法也可以存储在非暂态计算机可读存储媒体中。此外，根据对天线设备100、300和500的描述，可以获得用于控制通信装置的天线阵列的方法。
图7是根据本公开的示范性实施例的用于控制通信装置的天线阵列的方法的流程图。在S701中，提供多个可选天线配置以进行定向服务。在步骤S702中，根据服务准则为所述天线阵列的天线元件选择所述天线配置中的一个天线配置。根据一些实施例，在步骤S703中，提供全向天线配置。在步骤S704中，为所述天线阵列的其他天线元件指配全向天线配置，其中具有全向天线配置的天线元件与具有所选天线配置的天线元件协作。
图8是根据本公开的示范性实施例的图7中所描绘的选择步骤的流程图。如图8中所示，图7的步骤S702可还包含以下步骤。在步骤S801中，对多个用户排列优先级。在步骤S802中，以所述天线配置探测特定优先级用户。在步骤S803中，根据反馈参数针对特定优先级用户对所述天线配置排列等级。在步骤S804中，根据反馈参数选择所述天线配置中的一个天线配置来向特定优先级用户提供定向服务。在步骤S805中，针对特定优先级用户更新天线配置的等级，并且根据反馈参数所更新的排列等级重新选择天线配置。
图9是根据本公开的示范性实施例的图7中所描绘的选择步骤的流程图。如图9中所示，图7的步骤S702可还包含以下步骤。在步骤S901中，以每一个天线配置探测多个用户。在步骤S902中，对所述天线配置中的每一个的反馈参数求平均。在步骤S903中，根据平均反馈参数对天线配置排列等级，并且选择所述天线配置中的一个天线配置。在步骤S904中，预测所选天线配置的服务位置。在步骤S905中，使用所选天线配置为所预测的服务位置提供定向服务。在步骤S906中，更新天线配置的等级并且根据平均反馈参数所更新的排列等级重新选择天线配置。
图10是根据本公开的示范性实施例的图7中所描绘的选择步骤的流程图。如图9中所示，图7的步骤S702可还包含以下步骤。在步骤S1010中，以每一个天线配置探测多个用户。在步骤S1020中，针对所述用户中的每一个对所述天线配置中的每一个的反馈参数排列等级。在步骤S1030中，根据反馈参数将所述用户分组为具有相同天线配置以及类似性能统计的用户群组。在步骤S1040中，在同一个发射时隙中配置所述用户群组，并且使用所述用户群组的对应天线配置来提供定向服务。在步骤S1050中，针对所述用户中的每一个更新天线配置的等级，并且对所述用户重新分组。请注意，图7到图10中所描述的方法的更多细节可参考早先对天线设备100、300和500的描述。
鉴于前述内容，根据本公开的实施例，提供一种天线设备以及一种用于控制通信装置的天线阵列的方法。所述天线设备以及天线控制方法通过分析反馈测量结果而独立于接收器设计来操作。在所述天线设备以及天线控制方法中考虑不同的服务准则以建立被服务UE或位置的数据库。因此，改善了小型区域的总体性能。
本领域技术人员将明白，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对所公开实施例的结构做出各种修改和变化。鉴于前述内容，希望本公开涵盖本公开的修改和变化，前提是它们属于所附权利要求书以及其等效物的范围内。
相关申请案的交叉参考
本申请案主张2012年7月6日申请的第61/668,463号美国临时申请案的优先权权益。上述专利申请案的全文特此以引用方式并入本文中并且构成了本发明书的一部分。

Claims (16)

1.一种用于控制通信装置的天线阵列的方法，所述方法包括：
提供多个可选天线配置以进行定向服务；以及
根据服务准则为所述天线阵列的天线元件选择所述天线配置中的一个天线配置。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
提供全向天线配置；以及
为所述天线阵列的其他天线元件指配所述全向天线配置，其中具有所述全向天线配置的所述天线元件与具有所述所选天线配置的所述天线元件协作。
3.根据权利要求1所述的方法，其中根据服务准则为所述天线阵列的天线元件选择所述天线配置中的一个天线配置的所述步骤包括：
对多个用户排列优先级；
以所述天线配置探测特定优先级用户；
根据反馈参数针对所述特定优先级用户对所述天线配置排列等级；
根据所述反馈参数选择所述天线配置中的一个天线配置来向所述特定优先级用户提供所述定向服务；以及
针对所述特定优先级用户更新所述天线配置的等级，并且根据反馈参数所更新的排列等级重新选择所述天线配置。
4.根据权利要求1所述的方法，其中根据服务准则为所述天线阵列的天线元件选择所述天线配置中的一个天线配置的所述步骤包括：
以每一个天线配置探测多个用户；
对所述天线配置中的每一个的反馈参数求平均；
根据所述平均反馈参数对所述天线配置排列等级，并且选择所述天线配置中的一个天线配置；
预测所述所选天线配置的服务位置；
使用所述所选天线配置为所述所预测的服务位置提供所述定向服务；以及
更新所述天线配置的等级并且根据平均反馈参数所更新的排列等级重新选择所述天线配置。
5.根据权利要求1所述的方法，其中根据服务准则为所述天线阵列的天线元件选择所述天线配置中的一个天线配置的所述步骤包括：
以每一个天线配置探测多个用户；
针对所述用户中的每一个对所述天线配置中的每一个的反馈参数排列等级；
根据所述反馈参数将所述用户分组为具有相同天线配置以及类似性能统计的用户群组；
在同一个发射时隙中配置所述用户群组，并且使用所述用户群组的对应天线配置来提供所述定向服务；以及
针对所述用户中的每一个更新所述天线配置的等级，并且对所述用户重新分组。
6.根据权利要求2所述的方法，其中根据服务准则为所述天线阵列的天线元件选择所述天线配置中的一个天线配置的所述步骤包括：
对多个用户排列优先级；
以所述天线配置探测特定优先级用户；
根据反馈参数针对所述特定优先级用户对所述天线配置排列等级；
根据所述反馈参数选择所述天线配置中的一个天线配置来向所述特定优先级用户提供所述定向服务；以及
针对所述特定优先级用户更新所述天线配置的等级，并且根据反馈参数所更新的排列等级重新选择所述天线配置。
7.根据权利要求2所述的方法，其中根据服务准则为所述天线阵列的天线元件选择所述天线配置中的一个天线配置的所述步骤包括：
以每一个天线配置探测多个用户；
对所述天线配置中的每一个的反馈参数求平均；
根据所述平均反馈参数对所述天线配置排列等级，并且选择所述天线配置中的一个天线配置；
预测所述所选天线配置的服务位置；
使用所述所选天线配置为所述所预测的服务位置提供所述定向服务；以及
更新所述天线配置的等级并且根据平均反馈参数所更新的排列等级重新选择所述天线配置。
8.根据权利要求2所述的方法，其中根据服务准则为所述天线阵列的天线元件选择所述天线配置中的一个天线配置的所述步骤包括：
以每一个天线配置探测多个用户；
针对所述用户中的每一个对所述天线配置中的每一个的反馈参数排列等级；
根据所述反馈参数将所述用户分组为具有相同天线配置以及类似性能统计的用户群组；
在同一个发射时隙中配置所述用户群组，并且使用所述用户群组的对应天线配置来提供所述定向服务；以及
针对所述用户中的每一个更新所述天线配置的等级，并且对所述用户重新分组。
9.一种用于通信装置的天线设备，包括：
天线阵列，所述天线阵列包括多个天线元件；
控制器，所述控制器适于基于根据服务准则为天线元件选择多个天线配置中的一个天线配置以提供定向服务来生成控制信号；以及
切换单元，所述切换单元适于根据所述控制信号来配置所述天线元件中的每一个。
10.根据权利要求9所述的天线设备，其中所述切换单元为所述天线阵列的其他天线元件指配全向天线配置，并且具有所述全向天线配置的所述天线元件与具有所述所选天线配置的所述天线元件协作。
11.根据权利要求9所述的天线设备，其中所述控制器通过以下操作根据所述服务准则选择所述天线配置中的一个天线配置：对多个用户排列优先级；以所述天线配置探测特定优先级用户；根据反馈参数针对所述特定优先级用户对所述天线配置排列等级；根据所述反馈参数选择所述天线配置中的一个天线配置来向所述特定优先级用户提供所述定向服务；以及针对所述特定优先级用户更新所述天线配置的等级并且根据反馈参数所更新的排列等级重新选择所述天线配置。
12.根据权利要求9所述的天线设备，其中所述控制器通过以下操作根据所述服务准则选择所述天线配置中的一个天线配置：以每一个天线配置探测多个用户；对所述天线配置中的每一个的反馈参数求平均；根据所述平均反馈参数对所述天线配置排列等级并且选择所述天线配置中的一个天线配置；预测所述所选天线配置的服务位置；使用所述所选天线配置为所述所预测的服务位置提供所述定向服务；以及更新所述天线配置的等级并且根据平均反馈参数所更新的排列等级重新选择所述天线配置。
13.根据权利要求9所述的天线设备，其中所述控制器通过以下操作根据所述服务准则选择所述天线配置中的一个天线配置：以每一个天线配置探测多个用户；针对所述用户中的每一个对所述天线配置中的每一个的反馈参数排列等级；根据所述反馈参数将所述用户分组为具有相同天线配置以及类似性能统计的用户群组；在同一个发射时隙中配置所述用户群组并且使用所述用户群组的对应天线配置来提供所述定向服务；以及针对所述用户中的每一个更新所述天线配置的等级并且对所述用户重新分组。
14.根据权利要求10所述的天线设备，其中所述控制器通过以下操作根据所述服务准则选择所述天线配置中的一个天线配置：对多个用户排列优先级；以所述天线配置探测特定优先级用户；根据反馈参数针对所述特定优先级用户对所述天线配置排列等级；根据所述反馈参数选择所述天线配置中的一个天线配置来向所述特定优先级用户提供所述定向服务；以及针对所述特定优先级用户更新所述天线配置的等级并且根据反馈参数所更新的排列等级重新选择所述天线配置。
15.根据权利要求10所述的天线设备，其中所述控制器通过以下操作根据所述服务准则选择所述天线配置中的一个天线配置：以每一个天线配置探测多个用户；对所述天线配置中的每一个的反馈参数求平均；根据所述平均反馈参数对所述天线配置排列等级并且选择所述天线配置中的一个天线配置；预测所述所选天线配置的服务位置；使用所述所选天线配置为所述所预测的服务位置提供所述定向服务；以及更新所述天线配置的等级并且根据平均反馈参数所更新的排列等级重新选择所述天线配置。
16.根据权利要求10所述的天线设备，其中所述控制器通过以下操作根据所述服务准则选择所述天线配置中的一个天线配置：以每一个天线配置探测多个用户；针对所述用户中的每一个对所述天线配置中的每一个的反馈参数排列等级；根据所述反馈参数将所述用户分组为具有相同天线配置以及类似性能统计的用户群组；在同一个发射时隙中配置所述用户群组并且使用所述用户群组的对应天线配置来提供所述定向服务；以及针对所述用户中的每一个更新所述天线配置的等级并且对所述用户重新分组。
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